Name: sensitivity enhancement of soft capacitive pressure sensors using a solvent evaporation-based porosity control technique
Uploaded: 2023-03-24T14:40:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Sensitivity Enhancement of Soft Capacitive Pressure Sensors Using a Solvent Evaporation-Based Porosity Control Technique at JoVE.com

Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая в рамках гранта 62273304.

1. Изготовление мягкого емкостного датчика давления с пористым диэлектрическим слоем PDMS
<ol><li>Изготовление пористого диэлектрического слоя PDMS<ol><li>Подготовьте пористый шаблон из сахара/эритрита, выполнив следующие действия.<ol><li>Отфильтруйте сахар с помощью сит для образцов с ...

<ol>
	<li>Ozioko, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SensAct:+The+soft+and+squishy+tactile+Sensor+with+integrated+flexible+actuator.">SensAct: The soft and squishy tactile Sensor with integrated flexible actuator.</a> Advanced Intelligent Systems. 3 (3), 1900145 (2021).</li><li>Qiu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+biomimetic+drosera+capensis+with+adaptive+decision-predation+behavior+based+on+multifunctional+sensing+and+fast+actuating+capability.">A biomimetic drosera capensis with adaptive decision-predation behavior based on multifunctional sensing and fast actuating capability.</a> Advanced Functional Materials. 32 (13), 2110296 (2021).</li><li>Ntagios, M., Nassar, H., Pullanchiyodan, A., Navaraj, W. T., Dahiya, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Robotic+hands+with+intrinsic+tactile+sensing+via+3D+printed+soft+pressure+sensors.">Robotic hands with intrinsic tactile sensing via 3D printed soft pressure sensors.</a> Advanced Intelligent Systems. 2 (6), 1900080 (2019).</li><li>Tang, Z., Jia, S., Zhou, C., Li, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3D+Printing+of+highly+sensitive+and+large-measurement-range+flexible+pressure+sensors+with+a+positive+piezoresistive+effect.">3D Printing of highly sensitive and large-measurement-range flexible pressure sensors with a positive piezoresistive effect.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 12 (25), 28669-28680 (2020).</li><li>Dai, Y., Chen, J., Tian, W., Xu, L., Gao, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+PVDF/Au/PEN+multifunctional+flexible+human-machine+interface+for+multidimensional+sensing+and+energy+harvesting+for+the+internet+of+things.">A PVDF/Au/PEN multifunctional flexible human-machine interface for multidimensional sensing and energy harvesting for the internet of things.</a> IEEE Sensors Journal. 20 (14), 7556-7568 (2020).</li><li>Yang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+piezoelectric+pressure+sensor+based+on+polydopamine-modified+BaTiO3/PVDF+composite+film+for+human+motion+monitoring.">Flexible piezoelectric pressure sensor based on polydopamine-modified BaTiO3/PVDF composite film for human motion monitoring.</a> Sensors and Actuators A: Physical. 301, 111789 (2020).</li><li>Gao, Y. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wearable+microfluidic+diaphragm+pressure+sensor+for+health+and+tactile+touch+monitoring.">Wearable microfluidic diaphragm pressure sensor for health and tactile touch monitoring.</a> Advanced Materials. 29 (39), 1701985 (2017).</li><li>Meng, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+weaving+constructed+self-powered+pressure+sensor+enabling+continuous+diagnosis+of+cardiovascular+disease+and+measurement+of+cuffless+blood+pressure.">Flexible weaving constructed self-powered pressure sensor enabling continuous diagnosis of cardiovascular disease and measurement of cuffless blood pressure.</a> Advanced Functional Materials. 29 (5), 180688 (2019).</li><li>Yang, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microstructured+porous+pyramid-based+ultrahigh+sensitive+pressure+sensor+insensitive+to+strain+and+temperature.">Microstructured porous pyramid-based ultrahigh sensitive pressure sensor insensitive to strain and temperature.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 11 (21), 19472-19480 (2019).</li><li>Chen, S., Zhuo, B., Guo, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large+area+one-step+facile+processing+of+microstructured+elastomeric+dielectric+film+for+high+sensitivity+and+durable+sensing+over+wide+pressure+range.">Large area one-step facile processing of microstructured elastomeric dielectric film for high sensitivity and durable sensing over wide pressure range.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 8 (31), 20364-20370 (2016).</li><li>Ding, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+the+pore+size+on+the+sensitivity+of+flexible+and+wearable+pressure+sensors+based+on+porous+Ecoflex+dielectric+layers.">Influence of the pore size on the sensitivity of flexible and wearable pressure sensors based on porous Ecoflex dielectric layers.</a> Materials Research Express. 6 (6), 066304 (2019).</li><li>Yoon, J. I., Choi, K. S., Chang, S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+means+of+fabricating+microporous+structures+for+the+dielectric+layers+of+capacitive+pressure+sensor.">A novel means of fabricating microporous structures for the dielectric layers of capacitive pressure sensor.</a> Microelectronic Engineering. 179, 60-66 (2017).</li><li>Wang, J., Li, L., Zhang, L., Zhang, P., Pu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+capacitive+pressure+sensors+with+micro-patterned+porous+dielectric+layer+for+wearable+electronics.">Flexible capacitive pressure sensors with micro-patterned porous dielectric layer for wearable electronics.</a> Journal of Micromechanics and Microengineering. 32 (3), 034003 (2022).</li><li>Mannsfeld, S. C. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+sensitive+flexible+pressure+sensors+with+microstructured+rubber+dielectric+layers.">Highly sensitive flexible pressure sensors with microstructured rubber dielectric layers.</a> Nature Materials. 9 (10), 859-864 (2010).</li><li>Wan, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+highly+sensitive+flexible+capacitive+tactile+sensor+with+sparse+and+high-aspect-ratio+microstructures.">A highly sensitive flexible capacitive tactile sensor with sparse and high-aspect-ratio microstructures.</a> Advanced Electronic Materials. 4 (4), 1700586 (2018).</li><li>Kwon, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+sensitive,+flexible,+and+wearable+pressure+sensor+based+on+a+giant+piezocapacitive+effect+of+three-dimensional+microporous+elastomeric+dielectric+layer.">Highly sensitive, flexible, and wearable pressure sensor based on a giant piezocapacitive effect of three-dimensional microporous elastomeric dielectric layer.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 8 (26), 16922-16931 (2016).</li><li>Li, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+porous+and+air+gap+elastomeric+dielectric+layer+for+wearable+capacitive+pressure+sensor+with+high+sensitivity+and+a+wide+detection+range.">A porous and air gap elastomeric dielectric layer for wearable capacitive pressure sensor with high sensitivity and a wide detection range.</a> Journal of Materials Chemistry C. 8 (33), 11468-11476 (2020).</li><li>Kim, J. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+ordered+3D+microstructure-based+electronic+skin+capable+of+differentiating+pressure,+temperature,+and+proximity.">Highly ordered 3D microstructure-based electronic skin capable of differentiating pressure, temperature, and proximity.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 11 (1), 1503-1511 (2019).</li><li>Lo, L. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+soft+sponge+sensor+for+multimodal+sensing+and+distinguishing+of+pressure,+strain,+and+temperature.">A soft sponge sensor for multimodal sensing and distinguishing of pressure, strain, and temperature.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 14 (7), 9570-9578 (2022).</li><li>Hwang, J., Kim, Y., Yang, H., Oh, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+hierarchically+porous+structured+PDMS+composites+and+their+application+as+a+flexible+capacitive+pressure+sensor.">Fabrication of hierarchically porous structured PDMS composites and their application as a flexible capacitive pressure sensor.</a> Composites Part B: Engineering. 211, 108607 (2021).</li><li>Jung, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Linearly+sensitive+pressure+sensor+based+on+a+porous+multistacked+composite+structure+with+controlled+mechanical+and+electrical+properties.">Linearly sensitive pressure sensor based on a porous multistacked composite structure with controlled mechanical and electrical properties.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 13 (24), 28975-28984 (2021).</li><li>Choi, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synergetic+effect+of+porous+elastomer+and+percolation+of+carbon+nanotube+filler+toward+high+performance+capacitive+pressure+sensors.">Synergetic effect of porous elastomer and percolation of carbon nanotube filler toward high performance capacitive pressure sensors.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 12 (1), 1698-1706 (2020).</li><li>Choi, S. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+polydimethylsiloxane+(PDMS)+sponge+for+the+selective+absorption+of+oil+from+water.">A polydimethylsiloxane (PDMS) sponge for the selective absorption of oil from water.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 3 (12), 4552-4556 (2011).</li><li>Rinaldi, A., Tamburrano, A., Fortunato, M., Sarto, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+flexible+and+highly+sensitive+pressure+sensor+based+on+a+PDMS+foam+coated+with+graphene+nanoplatelets.">A flexible and highly sensitive pressure sensor based on a PDMS foam coated with graphene nanoplatelets.</a> Sensors. 16 (12), 2148 (2016).</li></ol>

В этой работе предлагается простой метод, основанный на испарении растворителя для контроля пористости, и ряд экспериментальных результатов доказал его осуществимость. Несмотря на то, что пористая структура широко используется в гибком емкостном датчике давления, контроль пористост?...

В последние годы гибкие датчики давления привлекают внимание благодаря их незаменимому применению в мягкой робототехнике 1,2,3, тактильных интерфейсах «человек-машина»4,5 и мониторинге работоспособности 6,7,8. Как правило, механизмы измерения давления включают пьезорезистивные 1,4,7, пьезоэлектрические 2,6, емкостные 2,3,9,10,11,12,13 и трибоэлектрические 8 Датчики. Среди них емкостные датчики давления выделяются как один из наиболее перспективных методов тактильного зондирования из-за их высокой чувствительности, низкого предела обнаружения (LOD) и т. д.
Для лучшей производительности обнаружения различные микроструктуры, такие как микропирамиды 2,9,14, микростолбы 15 и микропоры9,10,11,12,13,16,17, были введены в гибкие емкостные датчики давления, а методы изготовления также были оптимизированы для дальнейшего улучшения зондирования Производительность таких конструкций. Однако для большинства этих конструкций требуются сложные микропроизводственные мощности, что значительно увеличивает производственные затраты и эксплуатационные трудности. Например, как наиболее часто используемая микроструктура в датчиках мягкого давления, микропирамиды полагаются на литографически определенные и мокрые травленые кремниевые пластины в качестве формовочного шаблона, что требует прецизионного оборудования и строгой среды в чистых помещениях 9,14. Таким образом, микропористые структуры (пористые структуры), которые могут быть изготовлены с помощью простых производственных процессов и из недорогого сырья при сохранении высоких характеристик срабатывания, в последнее время привлекают все большее внимание 9,10,11,12,13,16,17 . Это будет обсуждаться, наряду с недостатками изменения PFA и его размера, в качестве мотивации для использования нашего метода контроля фракций.
В данной работе предлагается простой и недорогой метод, основанный на методе испарения растворителя, для изготовления пористого гибкого емкостного датчика давления с контролируемой пористостью. Полный производственный процесс включает в себя изготовление пористого диэлектрического слоя PDMS, скребковое покрытие электродов и склеивание трех функциональных слоев. В частности, в этой работе инновационно используется смешанный раствор ПДМС/толуол с определенным соотношением масс для изготовления пористого диэлектрического слоя ПДМС на основе шаблона смеси сахар/эритрит. Между тем, однородный размер частиц PFA обеспечивает равномерную морфологию и распределение пор; таким образом, пористость можно контролировать, изменяя массовое соотношение PDMS/толуол. Результаты экспериментов показывают, что чувствительность предлагаемого датчика давления может быть повышена более чем в два раза за счет увеличения массового отношения ПДМС/толуол с 1:8 до 1:1. Изменение толщины стенки микропор из-за различных соотношений массы ПДМС и толуола также подтверждается изображениями оптического микроскопа. Оптимизированный мягкий емкостный датчик давления демонстрирует высокую чувствительность с чувствительностью и временем отклика 3,47% кПа-1 и 0,2 с соответственно. Этот метод обеспечивает быстрое, недорогое и простое в эксплуатации изготовление пористого диэлектрического слоя с контролируемой пористостью.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3D printer</td>
			<td>Zhejiang Qidi Technology Co., Ltd</td>
			<td>X-MAX</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D printing metarials</td>
			<td>Zhejiang Qidi Technology Co., Ltd</td>
			<td>3D Printing Filament PLA 1.75 mm</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon nanotubes (CNTs)</td>
			<td>XFNANO</td>
			<td>XFM13</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data acquisition (DAQ)</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>USB6002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Double side tape</td>
			<td>Minnesota Mining and Manufacturing (3M)</td>
			<td>3M VHB 4910</td>
			<td>1 mm thick</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrode metal mold</td>
			<td>Guangdong Shunde Molarobot Co., Ltd</td>
			<td></td>
			<td>This metal mold is a round metal plate with a flat bottom round groove and an embossed electrode pattern of 0.2 mm thick in the middle of the groove.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Erythritol</td>
			<td>Shandong Sanyuan Biotechnology Co.,Ltd.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropyl Alcohol (IPA)</td>
			<td>Sinopharm chemical reagent Co., Ltd</td>
			<td>80109218</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LabVIEW</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>LabVIEW 2019</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LCR meter</td>
			<td>Keysight</td>
			<td>EA4980AL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metal wire</td>
			<td>Hangzhou Hongtong WIRE&#38;CABLE Co., Ltd.</td>
			<td>2UEW/155</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope</td>
			<td>Aosvi</td>
			<td>T2-3M180</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Numerical modeling software</td>
			<td>COMSOL</td>
			<td>COMSOL Multiphysics 5.6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polydimethylsiloxane (PDMS)</td>
			<td>Dow Chemical Company</td>
			<td>SYLGAR 184 Silicone Elastomer Kit</td>
			<td>Two parts (base and curing agent)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sealing film</td>
			<td>Corning</td>
			<td>PM-996</td>
			<td>parafilm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Si wafer</td>
			<td>Suzhou Crystal Silicon Electronic &#38; Technology Co.,Ltd</td>
			<td>ZK20220416-03</td>
			<td>Diameter (mm): 50.8 +/- 0.3 
			Type/Orientation: P/100 
			Thickness (&#181;m): 525 +/- 25</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver conductive paint</td>
			<td>Electron Microscopy Sciences</td>
			<td>12686-15</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stepping motor</td>
			<td>BEIJING HAI JIE JIA CHUANG Technology Co., Ltd</td>
			<td>57H B56L4-30DB</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sugar/erythritol template metal mold</td>
			<td>Guangdong Shunde Molarobot Co., Ltd</td>
			<td></td>
			<td>This metal mold is a 5 mm thick square metal plate with a flat bottom square groove of 2.5 mm deep.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Toluene</td>
			<td>Sinopharm chemical reagent Co., Ltd</td>
			<td>10022819</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

sensitivity enhancement of soft capacitive pressure sensors using a solvent evaporation-based porosity control technique

Мягкие датчики давления играют важную роль в развитии тактильных ощущений «человек-машина» в мягкой робототехнике и тактильных интерфейсах. В частности, емкостные датчики с микроструктурированными полимерными матрицами были исследованы со значительными усилиями из-за их высокой чувствительности, широкого диапазона линейности и быстрого времени отклика. Однако улучшение характеристик восприятия часто зависит от структурной конструкции диэлектрического слоя, что требует сложных микропроизводственных мощностей. В этой статье рассказывается о простом и недорогом методе изготовления пористых емкостных датчиков давления с улучшенной чувствительностью с использованием метода испарения растворителя для настройки пористости. Датчик состоит из пористого диэлектрического слоя из полидиметилсилоксана (PDMS), связанного с верхним и нижним электродами, изготовленными из эластичных проводящих полимерных композитов (ECPC). Электроды были приготовлены путем соскабливания проводящей суспензии PDMS, легированной углеродными нанотрубками (УНТ), в пленки PDMS с формовым рисунком. Для оптимизации пористости диэлектрического слоя для повышения чувствительности раствор PDMS разбавляли толуолом разных массовых долей вместо фильтрации или измельчения сахарного порообразующего агента (ПФА) в разные размеры. Испарение толуолового растворителя позволило быстро получить пористый диэлектрический слой с контролируемой пористостью. Было подтверждено, что чувствительность может быть повышена более двукратно, если отношение толуола к ПДМС было увеличено с 1:8 до 1:1. Исследование, предложенное в данной работе, позволяет использовать недорогой метод изготовления полностью интегрированных бионических мягких роботизированных захватов с мягкими сенсорными механорецепторами настраиваемых параметров датчика.

Фотография пористого шаблона из кускового сахара/эритрита показана на рисунке 3А. На рисунке 3B показан гибкий электродный слой с рисунком ECPC, покрытым царапинами. На рисунке 3С показан мягкий емкостный датчик давления с пористы?...

Watch this Scientific Journal Video about Sensitivity Enhancement of Soft Capacitive Pressure Sensors Using a Solvent Evaporation-Based Porosity Control Technique at JoVE.com

Sensitivity Enhancement of Soft Capacitive Pressure Sensors Using a Solvent Evaporation-Based Porosity Control Technique

Представлен простой и экономичный метод изготовления, основанный на методе выпаривания растворителя, для оптимизации характеристик мягкого емкостного датчика давления, что обеспечивается контролем пористости в диэлектрическом слое с использованием различных массовых соотношений формовочного раствора ПДМС/толуола.

Повышение чувствительности мягких емкостных датчиков давления с использованием метода контроля пористости на основе испарения растворителя

Soft pressure sensors play a significant role in developing &#34;man-machine&#34; tactile sensation in soft robotics and haptic interfaces. Specifically, ...

Предложен новый способ изготовления гибкого конкурентного датчика давления с регулируемой производительностью. Это достигается путем регулировки массовой доли растворителя для контроля пористости диэлектрического слоя. Оптимизация конкурентоспособного датчика давления достигается с помощью экономичного и простого метода эксплуатации, который позволяет избежать использования сложных микропроизводственных мощностей.Для изготовления пористого диэлектрического слоя PDMS взвесьте фильтрованный сахар и порошок эритрита с массовым соотношением 20 к 1 и равномерно перемешайте их встряхиванием. Залейте смесь в коммерчески полученную металлическую форму из сахарного эритрита и прижмите поверхность, чтобы наполнитель стал компактным. Нагрейте смесь в конвекционной печи при температуре 135 градусов Цельсия в течение двух часов.После нагревания дайте смеси остыть при комнатной температуре, прежде чем удалять кусочки сахара. Чтобы изготовить диэлектрический слой PDMS с регулируемой пористостью, взвесьте пять граммов толуола, пять граммов основания PDMS и 0,5 грамма отвердителя PDM в центрифужной пробирке и равномерно перемешайте раствор. Центрифугируйте раствор при 875 г в течение 30 секунд при комнатной температуре, чтобы удалить пузырьки воздуха.Поместите квадратный пористый шаблон сахар-эритрит в чашку Петри. Вставьте двусторонний скотч в качестве прокладок под четыре угла, чтобы поднять шаблон с поверхности чашки Петри. Налейте в шаблон раствор толуола PDMS и слегка наклоните блюдо, чтобы заполнить все промежутки между частицами сахара.Затем поместите блюдо в вакуумный эксикатор и дегазируйте на 20 минут. После дегазации переложите блюдо из эксикатора в духовку при температуре 90 градусов Цельсия на 45 минут, чтобы толуол испарился и отверждал жидкий PDMS. Затем погрузите отвержденный PDMS, встроенный в пористый шаблон, в деионизированную воду.Нагрейте на горячей плите при температуре 140 градусов Цельсия до полного растворения сахарного шаблона и очистите пористый PDMS деионизированной водой. Для изготовления гибких электродных слоев на основе ECPC сначала синтезируют чернила ECPC, взвешивая 0,16 грамма углеродных нанотрубок или УНТ и четыре грамма толуола в стакане. Накройте стакан герметизирующей пленкой, чтобы предотвратить испарение растворителя, и магнитно перемешивайте при 250 об/мин в течение 90 минут.Взвесьте два грамма основы PDMS и два грамма толуола в стакане и поместите на магнитную мешалку при 200 об/мин на один час. После приготовления обоих растворов смешайте суспензию толуола УНТ с раствором толуола на основе PDMS и накройте стакан герметизирующей пленкой. Магнитно перемешивайте при 250 об/мин в течение двух часов.После смешивания откройте стакан и добавьте 0,2 грамма отвердителя PDMS в смешанный раствор. Магнитно перемешивайте при температуре 75 градусов Цельсия и 250 об/мин в течение часа. Чтобы соскоблить электроды, взвесьте толуол, основание PDMS и отвердитель PDMS в центрифужной пробирке с массовым соотношением 2 к 10 к 1 и равномерно перемешайте раствор.Затем центрифугируйте раствор при 875 г в течение 30 секунд при комнатной температуре, чтобы удалить пузырьки воздуха. Налейте 1,3 грамма раствора толуола PDMS в коммерчески полученную металлическую форму для электродов с рельефным рисунком электрода. Поместите форму в вакуумный эксикатор и дегазируйте в течение 10 минут.Затем выдержите PDMS в форме на горячей плите при температуре 90 градусов Цельсия в течение 15 минут. После охлаждения при комнатной температуре снимите пленку PDMS с рисунком. Прикрепите плоскую сторону пленки PDMS к кремниевой пластине.Соскребите чернила ECPC с рисунком электрода. Отверждайте чернила ECPC на горячей плите при температуре 90 градусов Цельсия в течение 15 минут. Для склеивания и упаковки мягких емкостных датчиков прикрепите металлическую проволоку к электроду.Капните серебряную проводящую краску в месте соединения для хорошей проводимости и подождите, пока серебряная проводящая краска высохнет. Капните раствор PDMS на соединение, чтобы полностью запечатать высохшую серебряную проводящую краску. Выдержите PDMS на горячей плите при температуре 90 градусов Цельсия в течение 15 минут.После отверждения повторите шаги, чтобы соединить провод для верхнего и нижнего слоев электродов. Равномерно нанесите тонкий слой PDMS на пленку электрода в качестве адгезионного слоя для сцепления между электродным и диэлектрическим слоями. Затем поместите пористый диэлектрический слой PDMS, изготовленный на слой электрода.Отверждайте клей PDMS при температуре 95 градусов Цельсия в течение 10 минут. Поместите стеклянную чашку Петри на пористый PDMS, чтобы обеспечить хороший контакт между двумя слоями во время нагрева. Равномерно нанесите тонкий слой PDMS на другой слой электрода.Затем переверните слой диэлектрика связанного электрода и поместите его на другой слой с одним электродом. После выравнивания двух электродов завершите склеивание между пористым слоем PDMS и другим слоем электродов. Для проверки производительности датчика управляйте шаговым двигателем, чтобы заставить индентор двигаться вниз по вертикали на запрограммированное расстояние.Записывайте данные о емкости и стандартном давлении, увеличивая силу нагрузки с тем же интервалом в каждом последовательном цикле нагрузки, пока давление нагрузки не достигнет 40 ньютонов. Опять же, управляйте шаговым двигателем и записывайте данные о емкости и стандартном давлении. Повторите испытания на нагрузку и разгрузку в течение 2 500 циклов, записывая емкость испытуемого устройства в зависимости от стандартного показания давления.Управляйте индентором, чтобы он быстро нажимал и оставался неподвижным в течение нескольких секунд, прежде чем вернуться к нулевой нагрузке Ньютона. Повторите эту процедуру пять раз и запишите емкость как функцию времени. Изображения с оптического микроскопа пористых диэлектрических слоев PDMS, изготовленных с различными массовыми соотношениями толуола PDMS, показали, что толщина стенки пор уменьшается с увеличением массовой доли раствора толуола PDMS.Имитационный анализ показал, что более высокая пористость способствовала увеличению деформации сжатия с улучшенной линейностью при том же приложенном давлении сжатия. Кривая отклика емкостного давления датчиков с пористыми диэлектрическими слоями PDMS с различными массовыми соотношениями толуола PDMS показала различную чувствительность. В диапазоне нагрузок под давлением от 0 до 10 килопаскалей датчик с массовым отношением толуола PDMS один к одному показал в два раза более высокую чувствительность, чем датчик с массовым отношением толуола восемь к одному PDMS.При повышенном давлении поры диэлектрического слоя постепенно уменьшались в размерах, уменьшая чувствительность, пока не достигли одинакового уровня для всех пористостей. Показана емкостная реакция на пять последовательных испытаний на нагрузку и разгрузку при одном и том же давлении нагрузки 10 килопаскалей. Время отклика загрузки оказалось равным 0,2 секунды.Циклические испытания показали, что изготовленный по изготовлению мягкий емкостный датчик обладает превосходной повторяемостью после 2 500 циклов. Пористость диэлектрического слоя PDMS будет уменьшаться по мере увеличения массового отношения толуола PDMS, что повлияет на производительность датчика.

Research

JoVE Journal

Engineering

Micro 3D Printing Using a Digital Projector and its Application in the Study of Soft Materials Mechanics

Micro 3D-печати с использованием цифрового проектора и его применение при исследовании мягких механика материалов

Buckling is a classical topic in mechanics. While buckling has long been studied as one of the major structural failure modes1, it has recently drawn new ...

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

Синтез и микродифракции при экстремальных давлениях и температурах

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

Casting Protocols for the Production of Open Cell Aluminum Foams by the Replication Technique and the Effect on Porosity

Кастинг протоколы по производству открытого Сотовые алюминиевые Пены по репликации Техника и влияние на пористость

Metal foams are interesting materials from both a fundamental understanding and practical applications point of view. Uses have been proposed, and in many ...

Detection and Recovery of Palladium, Gold and Cobalt Metals from the Urban Mine Using Novel Sensors/Adsorbents Designated with Nanoscale Wagon-wheel-shaped Pores

Обнаружение и восстановление палладия, золота и кобальта металлов из рудника городской использующие новые Датчики / адсорбенты Места с наноразмерных Wagon колеса в форме порах

Developing low-cost, efficient processes for recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals from urban mine remains a significant challenge in ...

Blast Quantification Using Hopkinson Pressure Bars

Взрыв Количественное Использование Гопкинсона Bars давления

Near-field blast load measurement presents an issue to many sensor types as they must endure very aggressive environments and be able to measure pressures ...

The Measurement of Unsteady Surface Pressure Using a Remote Microphone Probe

Измерение неустойчивую поверхность давления с помощью выносного микрофона Probe

Microphones are widely applied to measure pressure fluctuations at the walls of solid bodies immersed in turbulent flows. Turbulent motions with various ...

Solvent Bonding for Fabrication of PMMA and COP Microfluidic Devices

Растворитель Связующие для изготовления ПММА и КС микрожидком устройств

Thermoplastic microfluidic devices offer many advantages over those made from silicone elastomers, but bonding procedures must be developed for each ...

Gain-compensation Methodology for a Sinusoidal Scan of a Galvanometer Mirror in Proportional-Integral-Differential Control Using Pre-emphasis Techniques

Gain-компенсация Методика синусоидального сканирования гальванометра Зеркало в пропорционально-интегрально-дифференциального контроля с использованием предыскажений методов

Galvanometer mirrors are used for optical applications such as target tracking, drawing, and scanning control because of their high speed and accuracy. ...

Study of Siphon Breaker Experiment and Simulation for a Research Reactor

Исследование сифон выключатель эксперимента и моделирования для исследовательского реактора

Under the design conditions of a research reactor, the siphon phenomenon induced by pipe rupture can cause continuous outward flow of water. To prevent ...

Studying Large Amplitude Oscillatory Shear Response of Soft Materials

Изучая большой амплитуды колебательной сдвиг ответ из мягких материалов

We investigate the sequence of physical processes exhibited during large amplitude oscillatory shearing (LAOS) of polyethylene oxide (PEO) in dimethyl ...